【正文】 命令由監(jiān)督程序 (monitor)來執(zhí)行，完成如裝入程序、編譯、運行等操作。 ?優(yōu)點 ：同一批內(nèi)各作業(yè)的自動依次更替，改善了主機CPU和 I/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量。 ?缺點 ：磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，監(jiān)督程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干預(yù)才可恢復(fù)） 32 2020/11/4 操作系統(tǒng) 通道和中斷技術(shù) ? 60年代初，發(fā)展了通道技術(shù)和中斷技術(shù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)使監(jiān)督程序在負責(zé)作業(yè)運行的同時提供 I/O控制功能。 ? 通道 ：用于控制 I/O設(shè)備與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳輸。啟動后可獨立于 CPU運行，實現(xiàn) CPU與 I/O的并行。 ? 通道有專用的 I/O處理器，可與 CPU并行工作 ? 可實現(xiàn) I/O聯(lián)機處理 ? 中斷 是指 CPU在收到外部中斷信號后，停止原來工作，轉(zhuǎn)去處理該中斷事件，完畢后回到原來斷點繼續(xù)工作。 ? 中斷處理過程：中斷請求，中斷響應(yīng)，中斷點（暫停當(dāng)前任務(wù)并保存現(xiàn)場），中斷處理例程，中斷返回（恢復(fù)中斷點的現(xiàn)場并繼續(xù)原有任務(wù) ? 可處理算術(shù)溢出和非法操作碼，死循環(huán)（利用時鐘中斷進行超時限定） ? 監(jiān)督程序發(fā)展為執(zhí)行系統(tǒng) (executive system)，常駐內(nèi)存 33 2020/11/4 操作系統(tǒng) 典型的單道批處理操作系統(tǒng) ?典型操作系統(tǒng) ? FMS（ FORTRAN Monitor System， FORTRAN監(jiān)控系統(tǒng)） ? IBMSYS（ IBM為 7094機配備的操作系統(tǒng)） ? 這些操作系統(tǒng)由監(jiān)控程序，特權(quán)指令，存儲保護和簡單的批處理構(gòu)成 34 2020/11/4 操作系統(tǒng) 單道批處理操作系統(tǒng)的不足 ?在 IBM 7094機上，若當(dāng)前作業(yè)因等待 I/O而暫停， CUP只能踏步直至該 I/O完成 ?CPU和 I/O設(shè)備使用 忙閑不均 （取決于當(dāng)前作業(yè)的特性） ?對于 CPU操作密集科學(xué)計算問題，浪費時間少 ?對于商業(yè)數(shù)據(jù)處理， I/O等待時間常占 80％－ 90％ ?解決方案 ?多道批處理技術(shù) 35 2020/11/4 操作系統(tǒng) 第 3階段：集成電路時代（ 1965年 70年代） ?多道批處理操作系統(tǒng) ?將內(nèi)存分幾個部分，每部分放不同的作業(yè) ?當(dāng)一個作業(yè)等待 I/O時，另一個作業(yè)可以使用 CPU ?在主存中同時駐留多個作業(yè)需要硬件進行保護，以避免信息被竊取或攻擊 ?多道批處理的運行特征 ?多道 ：內(nèi)存中同時存放多道相互獨立的程序 ?宏觀上并行 ：宏觀上，系統(tǒng)中的多道程序都在運行，在一定的時間間隔內(nèi)都取得進展 ?微觀上串行 ：在任意時刻，只有一道程序占有 CPU 36 2020/11/4 操作系統(tǒng) Spooling 技術(shù) ?程序卡片被拿到機房后 ?能夠很快將一作業(yè)從卡片讀入磁盤 ?任何時刻當(dāng)一作業(yè)運行結(jié)束 ?操作系統(tǒng)就將一新作業(yè)從磁盤讀出 ?裝入空出的內(nèi)存區(qū)運行 ?Spooling技術(shù) ?(Simultaneous Peripheral Operation On Line) ?該技術(shù)也用于輸出 37 2020/11/4 操作系統(tǒng) 多道批處理系統(tǒng)的特點 ?優(yōu)點： ?資源利用率高： CPU和內(nèi)存利用率較高； ?作業(yè)吞吐量大：單位時間內(nèi)完成的工作總量大； ?缺點： ?用戶交互性差：整個作業(yè)完成后或中間出錯時，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改； ?作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時間長：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間顯著增長； ?問題的解決導(dǎo)致 分時 系統(tǒng)的出現(xiàn) 時間 CPU I/O 設(shè)備 A B C A B C 38 2020/11/4 操作系統(tǒng) 分時系統(tǒng) ?分時系統(tǒng)實際上是 多道程序的一個變種， 分時系統(tǒng)的思想于 1959年在 MIT提出 ?“分時”的含義 ?分時是指 多個用戶分享使用 同一臺計算機。 多個程序分時共享硬件和軟件資源 ?多個用戶分時 ：單個用戶使用計算機的效率低，因而允許多個應(yīng)用程序同時在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。有用戶輸入時由CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入－－時走時停 ?前臺和后臺程序 (foreground amp。 background)分時 ：后臺程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互－－現(xiàn)在的圖形用戶界面(GUI)，除當(dāng)前交互的程序 (輸入焦點 )之外，其他程序均作為后臺 ?通常按時間片 (time slice)分配 ：各個程序在 CPU上執(zhí)行的輪換時間 39 2020/11/4 操作系統(tǒng) 搶先式和非搶先式 ?搶先式和非搶先式 (preemptive amp。 nonpreemptive)：出讓 CPU是 OS強迫或程序主動 ?搶先式： OS強近出讓 CPU； ?非搶先式：程序主動出讓 CPU； 40 2020/11/4 操作系統(tǒng) 分時系統(tǒng)的特點 ?分時處理：用戶與應(yīng)用程序隨時交互，控制程序運行，適于商業(yè)和辦公事務(wù)處理－－ 縮短響應(yīng)時間 ?人機交互性好： 在調(diào)試和運行程序時由用戶自己操作 ?共享主機： 多個用戶同時使用 ?用戶獨立性： 對每個用戶而言好象獨占主機 現(xiàn)在的許多操作系統(tǒng)都具有分時處理的功能，在分時系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，操作系統(tǒng)的發(fā)展開始分化，如 實時系統(tǒng) 、 通用系統(tǒng) 、 個人系統(tǒng) 等 41 2020/11/4 操作系統(tǒng) 最初的從分時系統(tǒng) ?第一個分時系統(tǒng)由 MIT的 Fernando Corbato 等1961年在一改裝的 IBM 7090/94機上開發(fā)成功 ?當(dāng)時有 32個交互式用戶 ?IBM 7090/94計算機有 32K內(nèi)存，系統(tǒng)用 5K，用戶用27K，用戶存儲映象在內(nèi)存和一臺磁鼓之間切換 ?1962年 Manchester大學(xué)的 Atlas計算機投入運行 ?運行速度 200 kFLOPS ?第一個有虛擬存儲器 (virtual memory)和頁面調(diào)度(paging) 的機器 42 2020/11/4 操作系統(tǒng) 實時系統(tǒng) (realtime system) ?用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制、金融等領(lǐng)域，包括 實時控制 和 實時信息處理 兩種 ?要求：響應(yīng)時間短，在一定范圍之內(nèi)；系統(tǒng)可靠性高 ?任務(wù)的類型： ?周期性實時 任務(wù)： ?非周期性實時 任務(wù)：截止時間 (deadline)，開始截止時間（最晚開始時間）和完成截止時間（最晚完成時間） 目前的操作系統(tǒng)，通常具有 分時 、 實時 和 批處理 功能，又稱作 通用操作系統(tǒng) ?？蛇m用于計算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運行在多種硬件平臺上，如 UNIX系統(tǒng)、 Windows NT等。－－通用化、小型化 43 2020/11/4 操作系統(tǒng) 系列機思想與 IBM System/360系統(tǒng) ?需求 ?多數(shù)廠商有幾條完全不同的生產(chǎn)線，生產(chǎn)不同的計算機，開發(fā)和維護完全不同的產(chǎn)品，對廠商來說是昂貴的 ?另外，新用戶在開始時只需要一臺小計算機，后來可能需要一臺大的計算機，而且希望能在新計算機上執(zhí)行原有的程序。這樣，廠家和用戶需要軟件在不同型號的計算機之間兼容 ?1964 年 IBM 宣布推出 System/360計算機系統(tǒng) ?是第一個采用小規(guī)模集成電路的主流機型 ?所有的計算機都有相同的體系結(jié)構(gòu)和指令集 ?在理論上，為一型號編寫的程序可以在其他型號機器上 運行 44 2020/11/4 操作系統(tǒng) IBM System/360面臨的困境 ?IBM無法寫出同時滿足互沖突需要的操作系統(tǒng)，其實別人也一樣不能完成這項工作任務(wù) ?數(shù)千名程序員寫的數(shù)百萬行匯編語言代碼，系統(tǒng)自身占據(jù)了大量存儲空間和一半的 CPU時間 ?數(shù)百萬行匯編代碼中有成千上萬處錯誤， IBM不斷發(fā)行新的版本試圖更正這些錯誤 ?每個新版本在更正老錯誤的同時又引入新錯誤，所以隨著時間的流逝，錯誤的數(shù)量大致保持不變 ?IBM 的 OS/360 發(fā)布時，帶著已知的 1000 個錯誤 這便是軟件危機 , 軟件工程應(yīng)運而生 45 2020/11/4 操作系統(tǒng) MULTICS的災(zāi)難 ?1965年 MIT、貝爾實驗室和通用電氣公司決定開發(fā)一種“ 公用計算服務(wù)系統(tǒng) ”， 希望能夠同時支持整個波士頓所有的分時用戶。該系統(tǒng)稱作 MULTICS ?MULTICS設(shè)計目標(biāo)是： ?便利的遠程終端使用，大量終端通過電話線接入計算機主機 ?MULTICS研制難度超出了所有人預(yù)料 ?長期研制工作達不到預(yù)期目標(biāo)， 1969年 4月貝爾實驗室退出，不久通用電氣公司也退出了 ?MULTICS引入了許多現(xiàn)代操作系統(tǒng)領(lǐng)域概念雛形，對隨后操作系統(tǒng)特別是 UNIX的成功有著巨大的影響 46 2020/11/4 操作系統(tǒng) 提出的新問題 ?易于使用，提高人的生產(chǎn)力 ?合理的響應(yīng)時間 ?引入文件系統(tǒng)，使用戶可存取數(shù)據(jù) 47 2020/11/4 操作系統(tǒng) 解決辦法 ?需要搶占式調(diào)度，以便保持適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)時間 ?需要避免抖動（程序在內(nèi)存中過于頻繁的對換） ?需要提供適用的安全檢測 48 2020/11/4 操作系統(tǒng) UNIX的誕生 ?1969年，在貝爾退出 MULTICS研制項目后， Ken Thompson和 Dennis M. Ritchie 想申請經(jīng)費買計算機從事操作系統(tǒng)研究，但多次申請得不到批準(zhǔn) ?項目無著落，他們在一臺無人用的 PDP7上，重新擺弄原先在 MULTICS項目上設(shè)計的“空間旅行”游戲 ?為了使游戲能夠在 PDP7上順利運行，他們陸續(xù)開發(fā)了浮點運算軟件包、顯示驅(qū)動軟件，設(shè)計了 文件系統(tǒng) 、實用程序、 shell 和匯編程序 ?到了 1970年，在一切完成后，給新系統(tǒng)起了個同MULTICS發(fā)音相近的名字 UNIX ?1972年， UNIX用 C語言 全部重寫，自此， UNIX誕生了 49 2020/11/4 操作系統(tǒng) UNIX的崛起 ?貝爾實驗室免費向各大學(xué)提供 UNIX供教學(xué)、科研使用，版本 6以前源代碼公開，因此變得很流行 ?促使 UNIX系統(tǒng)成功的因素： ?首先，由于 UNIX是 用 C語言編寫 ，因此它是可移植的 ?第二，系統(tǒng) 源代碼非常有效 ，系統(tǒng)容易適應(yīng)特殊的需求 ?最后，也是最重要的一點，它是一個良好的、 通用 的、多用戶、多任務(wù)、分時操作系統(tǒng) ?UNIX的典型版本 ?System V, BSD ?Solaris, AIX, HPUnix, IRIX, SCO 50 2020/11/4 操作系統(tǒng) MINIX的出現(xiàn) ?在 ATamp。T公布版本 7時開始認識到 UNIX的商業(yè)價值，于是禁止在課程中研究其源代碼 ?為了教學(xué)的需要， 1987年荷蘭籍教授 Andrew S. Tanenbaum編寫了一個在 PC機上運行的類“ UNIX”的操作系統(tǒng) MINIX， 用于教學(xué)目的 ?MINIX沒有借用 ATamp。T的一行源代碼，其名稱源于“小 UNIX” ?同樣采用 c語言編碼，代碼采用了比 UNIX更模塊化的組織方法 ?采用了微內(nèi)核的結(jié)構(gòu)，不包括 Unix的 Shell和許多工具程序 51 2020/11/4 操作系統(tǒng) 第 4代階段：大規(guī)模集成電路時代 (1980年 ) ?個人計算機的誕生 ? 1975年 4月， MITS公司推出了以 8080為 CPU的世界上第一臺個人計算機 Altair 8800，它的內(nèi)存只有 1K字節(jié)，當(dāng)時的價